Технический прогресс и экономика (стр. 3 )

Современное состояние работ

В настоящее время работы над ЭХГ со ЩЭ продолжают ряд зарубежных компаний. Мощность разрабатываемых ЭХГ - от нескольких десятков Вт до нескольких десятков кВт. ЭХГ работают при температуре до 80° С, в них используется циркулирующий электролит - 30 -^ 40 % КОН. Очистка воздуха от СОг осуществляется за счёт поглощения её гранулированной натронной известью.

Следует отметить, что на основании зарубежной информации трудно опре­делить реальное состояние тех или иных разработок. В то же время заявленный ресурс 2000 - 4000 часов недостаточен для большинства предполагаемых областей использова­ния, а оценки стоимости ЭХГ в массовом производстве на уровне 35-50 $/кВт не аргументированы.

Энергомодуль

Блок утилизации тепла

Максимальная электрическая
мощность	6,0 кВт
Максимальная тепловая
мощность	5,2 кВт
Выходное напряжение	29-33 В
Расход водорода	0,05 кг/кВтч
Температура окружающей
среды	от -20 до + 40° С
Выброс в окружающую среду	пары воды
Уровень шума	<64дБ
Электрический КПД ЭУ	45%
Тепловой КПД ЭУ	42%
Полный КПД ЭУ	87%
Масса ЭУ	300 кг

Бойлер

Рис. 6. ЭХГ «Элтег».

31

Удельные весовые и объемные характеристики во дородно-воздушных ЭХГ с циркулирующим ЩЭ уступают аналогичным показателям низкотемпературным ТЭ с мембранным электролитом, однако для ряда областей применения, в частности, при создании стационарных наземных ЭУ, это не имеет практического значения.

В нашей стране компанией «ИПТ» разработаны и совместно с РКК «Энергия» изготовлены два во дородно-воздушных ЭХГ с циркулирующим ЩЭ — «Каскад» [6] и «Пульсар» (2004 г.) мощностью 6 кВт каждый. «Пульсар» является когенератором и кроме 6 кВт электрической мощности способен отдавать во внешний контур до 4 кВт тепла.

Генераторы снабжены полностью автоматизированной системой управления, которая не только обеспечивает запуск, функционирование и останов без участия оператора, но и позволяет дистанционно контролировать их работу с использованием сетей интернет.

Из известных к настоящему времени разработок ЭХГ с проточным ЩЭ наиболее совершенным и подготовленным к тиражированию является ЭХГ «Элтег» (рис. 6) разработки «НИК НЭП», предназначенный для децентрализованного обеспечения электроэнергией и теплом стационарных объектов [19].

На сегодня продолжаются работы по совершенствованию ЭХГ с ЩЭ в следующих основных направлениях:

улучшение удельных характеристик за счёт увеличения удельной каталитической
активности (мВт/см2); увеличение  стабильности  характеристик за счёт  применения  более  стабильных
катализаторов; совершенствования и упрощения вспомогательных систем; модернизация конструкции и производства всех компонентов с целью создания
эффективного серийного производства; обеспечение контроля качества всех компонентов на всех стадиях производства для
обеспечения максимальной надёжности системы.

Литература

,'  Общие и теоретические вопросы электрохимии. Новые
источники тока, 1965//Топливные элементы. М.: ВИНИТИ, 1966, с. 17-19.   Применение топливных элементов для энергопитания космических
кораблей. М.: Информстандартэлектро, 1967, 28 с. Fuel Cell Systems.  Edited by LJ. Bio men and M. N. Mugerwa, Plenum Press, New York
and London, 1993, 614 p., p. 245 - 269. ,   Электрохимические генераторы. История развития и
итоги разработки // Автономная энергетика: технический прогресс и экономика, М.:
НПП «Квант», 1997, № 8, с. 3 - 10. , ,
, ,   Щелочные матричные топливные элементы//
Тез. докл. по материалам II Международного Форума «Водородные технологии для
развивающегося мира», 22 - 23 апреля 2008 г., Россия, Москва. С. 113 - 120. ,  ,  ,  ,  ,
, ,   Водородно-воздушная энергоустановка на
основе щелочных топливных элементов с циркулирующим электролитом//Известия
РАН, Энергетика № 1, 2006, М.: Наука, с. 108 - 114.
,   Электрохимические генераторы. М.: Энергоиздат,
1982,448 с. , Маркин B. C., ,   Макрокинетика
процессов в пористых средах. М.: Наука. 1971. С. 281-361. AJ. Appleby, F. R. Foulkes.  Fuel Cell Handbook, Van Nostrand Reinhold, New York,
1989. Стихии  А. С.,  Матренин  В. И.,  Щипаков  И. В., ,
, , Применение нанокомпозитов на
основе  никеля и серебра,  капсулированных в  углерод,  в  качестве  катализаторов
топливных  элементов//Тез.  докл.  по  материалам  II  Международного  Форума
«Водородные технологии для развивающегося мира», 22 - 23 апреля 2008 г., Россия,
Москва. С. 120- 122. A. N. Arshinov, N. J. Vaskov, Y. L. Golin, V. G. Kozin, V. F. Kornilov, L. M. Kuznetsov,
A. T. Ovchinnikov, B. S. Pospelov. The electrochemical direct current generator for space
system «Buran». Proceedings of the 9th World Hydrogen Energy Conference, Paris, 22 - 25
June 1992, v. 2, p. 1485 - 1496. Fuel Cell Handbook (Fifth Edition), EG&G Services Parsons, Inc., Science Applications
International Corporation, 2000, p. 95 - 107. , , лектрохимические генераторы с про­
точным щелочным электролитом// Тез. докл. на Международном Форуме «Водородные
технологии для производства энергии», 6-10 февраля 2006 г., Москва. С. 157 - 159. Yu. Bortnikov, Z. Karichev, V. Titov, Yu. Zenochkin.  Utilization of hydrogen for
electrical energy storage in a nonpollution self-contained power plant. Proceedings of the 9th
World Hydrogen Energy Conference, Paris, 22 - 25 June 1992, v. 2, p. 743 - 750. Karichev Z. R., Teishev E. A. Hydrogen - air electrobus power plants; state of the art and
prospects.  Proceedings of the 7th World Hydrogen Energy Conference, Moscow, 1988, v. 3,
p. 2003-2008.  • , , ,
, , Низкотемпературные (фосфорнокислые,
щелочные  и  твёрдополимерные)  топливные  элементы.  Проблемы  и  перспективы
разработки//Тез.  докл.  на Международном  Форуме  «Водородные  технологии для
производства энергии», 6-10 февраля 2006 г., Москва. С. 160 - 162. , ,
, , Исследование характеристик водородно-
воздушного щелочного топливного элемента//Тез. докл. на II Всероссийском семинаре
«Топливные элементы и энергоустановки на их основе», Новосибирск, 29 июня - 2
июля 2003 г. С. 148-151. Никитин  В. А.,  Соколов  Б. А.,  Худяков  С. А.,  Воронцов  В. В., ,
, ,   Энергоустановки на основе
топливных элементов для российских автомобилей/ЛГез. докл. на II Всероссийском
семинаре «Топливные элементы и энергоустановки на их основе» Новосибирск, 29
июня - 2 июля 2003 г. С. 148 - 150. www.nic-nep.ru

УДК 541.136

ИССЛЕДОВАНИЯ АНОДОВ ДЛЯ ЛИТИЕВОГО АККУМУЛЯТОРА С ТВЕРДЫМ ОКИСЛИТЕЛЕМ И ОРГАНИЧЕСКИМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ

, к. т.н.

22 Центральный научно-исследовательский испытательный институт

Минобороны России

ВВЕДЕНИЕ

Создание литиевых аккумуляторов с апротонным электролитом связано с принципиальными техническими трудностями. Основная проблема возникла с отрицательным электродом. Осложнения возникают при его заряде, т. е. при катодном осаждении лития. При этом образуется свежая и очень активная поверхность, на которой быстро нарастает пассивная пленка, а так как литий осаждается в форме дендритов, то во многих случаях в процессе заряд-разряда пленка полностью обволакивает отдельные микрочастицы лития, прерывая их электронный контакт с основой. Такое явление, получившее название «инкапсулирование», приводит к тому, что при каждом заряде часть лития выбывает из дальнейшей работы. Поэтому во вторичные источники тока с металлическим литиевым электродом приходится закладывать избыточное, по сравнению со стехиометрическим, количество лития. Проблемы, связанные с использованием металлического лития, исследователи пытались решить, применив в качестве отрицательного электрода подходящий литиевый сплав.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЦИКЛИРОВАНИЯ ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ

Определение потенциалов образования фаз литиевых сплавов проводилось следующим образом. Рабочим электродом служил исследуемый металл, из которого вырезали пластину, площадью 2,05 см3 и напрессовывали на стальной токоотвод. Пластину заранее взвешивали на аналитических весах с точностью до пятого знака. Электроды сравнения и вспомогательные электроды были изготовлены из лития. Электролитом служил 1М раствор LiClO4 в смеси органических растворителей пропиленкарбонат (ПК)+диметокснэтан (ДМЭ). Электрохимические ячейки герметизи­ровали и помещали в термостат. Внедрение лития в пластину проводили при 50° С при плотности тока 2,5 мА/см2 порциями по 2,5 мА-ч. После введения каждой порции лития ячейка автоматически отключалась и производилась регистрация бестокового потенциала электрода. Введение лития в подложку производили до достижения сплавом потенциала, близкого к нулю.

После окончания эксперимента строили зависимости стабилизировавшегося бестокового потенциала сплава от содержания лития.

Для выяснения закономерностей циклирования целесообразно выбрать оптимальные критерии, характеризующие этот процесс. Наиболее распространенным критерием оценки, основанным на электрохимических измерениях, является эффективность циклирования. Существует несколько вариантов ее определения. Впервые этот параметр (Е) определили отношением: